La méthode semi-covalente

L'approche semi-covalente (figure I.3.c) est un cumule des deux méthodes précédentes. Des liaisons covalentes sont établies entre La molécule cible et les monomères fonctionnels avant la polymérisation. La fonction formée lors de la coupure de cette liaison covalente sera utilisée pour la reconnaissance.

Figure I.3.c. Approche semi-covalente

Empreinte moléculaire du tri peptide Lys-Trp-Asp créée dans un réseau polymère en utilisant à la fois des interactions covalentes et non covalentes A : site d’adsorption après polymérisation ; B : site d’adsorption après hydrolyse et extraction de la molécule cible ; C : reconnaissance de la molécule cible lors de l’utilisation du polymère imprimé.

14 I.3. Polymérisation

Différents modes de polymérisation existent pour la conception d'un polymère à empreintes moléculaires. Ainsi, suivant la synthèse, le MIP résultant peut se présenter sous la forme d'un monolithe ou de particules sphériques poly- ou mono-disperses [31].

I.3. 1. La polymérisation radicalaire contrôlée (PRC)

Plusieurs méthodes de polymérisations existantes (cationique, anionique, polycondensation, …), la polymérisation radicalaire est un processus très souvent utilisé car elle ne nécessite pas de purification poussée des réactifs et est tolérante vis-à-vis de l’eau contrairement aux polymérisations ioniques. Cependant, la polymérisation radicalaire classique présente certains inconvénients. En effet, cette méthode n’assure aucun contrôle des masses molaires et de leur distribution. Ceci est dû à la forte réactivité des radicaux propageant entrainant de nombreuses réactions secondaires de transfert de chaine et de terminaison. De plus, l’amorçage se fait tout au long de la polymérisation.

L’architecture des chaines formées est mal définie et est difficilement contrôlable. Ces réactions sont intrinsèques au mécanisme de polymérisation radicalaire, c'est pourquoi elles pourront tout au mieux être minimisées. C'est le principe de la polymérisation radicalaire contrôlée qui est basée sur un équilibre dynamique rapide entre des espèces actives propageant (radicaux) présentes en faible quantité et une majorité d’espèces dormantes (Figure.4). En effet, cet équilibre est fortement déplacé vers la formation des espèces dormantes ce qui permet de réduire l’impact des réactions de terminaison et de transferts irréversibles sur la structure des chaines.

Figure I.4. Principe de la polymérisation contrôlée X : agent désactivant

Les processus de polymérisation radicalaire contrôlée les plus étudiés sont :  La polymérisation radicalaire en présence de nitroxydes (NMP) ;

 La polymérisation radicalaire par addition/fragmentation réversible (RAFT) ;  La polymérisation radicalaire par transfert d'atome (ATRP) ;

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I.3.1.1. Polymérisation radicalaire en présence de nitroxydes (NMP)

La polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes repose sur un équilibre de terminaison réversible entre le radical de la chaîne en croissance et un radical nitroxyde [32] (figure I.5). Les nitroxydes (R1)(R2)N-O· sont des radicaux stables, du fait de la délocalisation de l’électron libre sur l’azote et l’oxygène, donnant naissance à deux formes mésomères.

Les nitroxydes sont ainsi trop stables pour pouvoir se coupler entre eux ou amorcer une polymérisation. Cependant, ils peuvent se coupler avec des radicaux carbonés beaucoup plus réactifs pour former des alcoxyamines. La liaison C-O de l’alcoxyamine peut se rompre homolytiquement sous l’action de la température.

Figure I.5.: Équilibre d’activation/désactivation caractéristique de la NMP, avec kd la constante dissociation et kc celle de recombinaison

I.3.1.2. La polymérisation radicalaire par addition/fragmentation réversible (RAFT)

La polymérisation radicalaire contrôlée par transfert de chaîne réversible par addition-fragmentation (en anglais : Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer (RAFT) est une technique de polymérisation radicalaire contrôlée.

La polymérisation de type RAFT permet de synthétiser des polymères d'architecture contrôlée (polymères à blocs, étoiles, peignes, etc) de faible polydispersité et de haute fonctionnalité. Les applications de ces polymères sont, parmi d'autres, l'encapsulation de principes actifs de médicaments, la production de revêtements et peintures de nouvelles génération, la microfluidique, les tensioactifs, les adhésifs et les membranes.

La RAFT (figure I.6.) repose sur un mécanisme de transfert de chaîne réversible qui se compose de deux équilibres d'addition-fragmentation mettant en jeu un agent de transfert de type thiocarbonylthio (agents de transfert les plus utilisés). L'initiation ainsi que la terminaison entre radicaux sont les mêmes qu'en polymérisation radicalaire classique.

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Après décomposition de l'amorceur (type AIBN: azobisisobutyronitrile) en radicaux, la première espèce radicalaire produite s'additionne au monomère pour former un radical carboné qui va ensuite réagir rapidement avec l'agent de transfert pour former l'entité radicalaire correspondante.

Cette dernière va se fragmenter en un amorceur et en un nouveau radical capable de réamorcer une polymérisation. La polymérisation RAFT vise à minimiser les réactions de terminaison irréversible grâce à la présence d'un nombre limité de radicaux dans le milieu réactionnel. Toutefois, il est possible qu'une telle réaction se produise entre deux espèces actives et notamment lorsque la concentration en amorceur est trop élevée (le rapport entre la concentration initiale en amorceur et la concentration initiale en agent de transfert doit être suffisamment basse).

Figure I.6. Mécanisme de polymérisation radicalaire (RAFT)

I.3.1.3. Polymérisation radicalaire par transfert d'atome (ATRP)

Depuis sa première découverte en 1995 ATRP a attiré l'attention des communautés académiques et industrielles en raison de sa polyvalence dans la synthèse des polymères avec des poids moléculaires prévisibles, des dispersités et des fonctionnalités spécifiques, la disponibilité facile de nombreux types d'initiateurs et de catalyseurs et son applicabilité

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générale pour une large gamme de monomères (tels que (méth) acrylates, styrène et ses dérivés, 2- / 4-vinylpyridine, acrylamides, etc.).

Dans un système ATRP contrôlé, on établit un équilibre rapide et dynamique entre les espèces dormantes (par exemple les halogénures d'alkyle) et les espèces actives (radicaux), les complexes de métaux de transition agissant en tant que réactifs de transfert d'atomes d'halogène réversibles (figure I.7.), faible concentration radicale dans le système et entraîne une terminaison radicale négligeable et une polymérisation contrôlée.

Jusqu'à présent, de nombreux métaux de transition tels que Cu, Ru, Ni et Fe, ainsi que divers ligands (Ex. 2,2'-bipyridine et ses dérivés, N, N, N', N"-pentaméthyldiéthylènetriamine (PMDETA) et la tris (2- (diméthylamino) éthyl) amine (Me-TREN)) ont été utilisés avec succès pour initier l'ATRP contrôlée, où les complexes Cu/ligand sont les plus utilisés. Les polymères préparés via l'ATRP contiennent normalement un groupe terminal d'halogénure "vivante", qui permet leur modification ultérieure en utilisant des procédures organiques standard (par exemple, une substitution nucléophile) ou par leur réinitialisation avec l'ATRP d'autres monomères

Figure I.7.Mécanismede Polymérisation radicalaire par transfert d'atome (ATRP)

I.3.1.4. Polymérisation radicalaire en présence d'iniferter

Les iniferters sont des molécules qui se décomposent en deux radicaux libres sous l'effet de la chaleur (60-100°C), ou sous irradiation UV. Ils sont capables d'amorcer la polymérisation en donnant lieu à des réactions de transfert et de terminaisons réversibles. En 1982, Ostu et al. [33] ont été les premiers à étudier la polymérisation radicalaire «vivante» induite par l’iniferter, où un iniferter a été défini comme un composé qui peut simultanément agir comme initiateur, agent de transfert et agent de terminaison dans le processus de polymérisation radicalaire.

La maîtrise de la polymérisation radicalaire «vivante» induite par l’iniferter est basée sur l'utilisation d'un iniferter (dithiocarbamates) et de l'équilibre dynamique résultant entre les

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espèces dormantes (Iniferters) 1 et les espèces actives (radicaux propagateurs) 2, avec des radicaux "stables" 3 (radicaux dithiocarbamate) agissant comme agents importants pour les radicaux de propagation (figure I.8).

Figure I.8. Mécanisme de polymérisation radicalaire «vivante» induite par Iniferter

Les iniferters qui ont été utilisés, figure I.9, sont généralement des molécules asymétriques et leur activation donne un premier radical amorceur (X^⦁) et un second, plus stable n’intervenant que lors des réactions de terminaison réversibles (Y⦁). L’activation de la liaison labile des iniferters C-S peut se faire par voie photochimique ou par voie thermique [34,35]. De plus, dans le cas d’iniferter, les radicaux peuvent être réactivés une fois la polymérisation terminée, on parle dans ce cas d’une polymérisation vivante.

N,N,diéthyldithiocabamate de benzyle N-pipéridinodithiocarbamate de benzyle

N,N,diéthyldithiocabamateisobutyrate d’ethyle

19 I.4. Greffage de polymères

Plusieurs méthodes de fixation de polymères à la surface de supports obtenus par PRC ont été proposées parmi ces méthodes la technique "graftingfrom" est largement employée. La polymérisation radicalaire contrôlée la plus utilisée dans ce cas est l'ATRP. Toutefois, la méthode utilisant la polymérisation radicalaire en présence des iniferters a également été étudiée.